Bildwandlerröhre Die Bildwandlerröhre nach dieser Erfindung ist versehen mit einem evakuierten Röhrenkolben, einer eine zäsiumbedeckte Photoemissionskathode umfas senden Elektronenquelle, einem Leuchtschirm, der in Querrichtung kleinere Abmessungen besitzt als die Kathode, und einer zwischen Kathode und Schirm angeordneten Fokussier- und Beschleunigungseinrich tung mit einer Fokussierelektrode und einer Anode, die ebenfalls in Querrichtung kleinere Abmessungen besitzt als die Kathode, den Schirm umgibt und zwi schen Kathode und Schirm eine Durchtrittsöffnung besitzt.
Der erfindungsgemässe Bildwandler ist gekenn zeichnet durch einen aus Halbleitermaterial be stehenden, mittels eines Binders aufgebrachten Über zug, der für Zäsium als Getter wirkt und den Röhren kolben zwischen Fokussierelektrode und Anode be deckt.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstan des und eine abgeänderte Form desselben sind in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Röntgenbild verstärker, Fig. 2 einen der Fig. 1 ähnlichen Querschnitt durch einen abgeänderten Röntgenbildverstärker, Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch einen Röntgenbildverstärker, wie in der Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei ein Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines mehrschichtigen Aufnahme schirms vergrössert dargestellt ist.
Der in der Fig. 1 dargestellte Bildwandler weist einen evakuierten Kolben mit einem zylindrischen Mittelabschnitt, mit einem Schulterteil an dem einen Ende des zylindrischen Teiles, der sich radial nach innen gegen dessen Achse erstreckt, und mit Ver- schlussteilen an den beiden Enden auf. Der Kolben besitzt im besonderen einen zylindrischen Abschnitt 10, der von einem einspringenden Teil 11 abgeschlossen wird. Der vorgenannte Schulterteil des Kolbens ver bindet den zylindrischen Abschnitt mit dem ein springenden Teil 11. Das andere Ende des Glas kolbens ist durch einen sphärischen Wandungsteil 12 abgeschlossen, dessen Durchmesser ungefähr gleich dem des zylindrischen Teiles 10 ist.
Die Abschnitte 10 und 12 sind am Umfang rundherum mit den Metall flanschen 13a bzw. 13b fest verbunden, die ihrerseits durch Lichtbogenschweissung oder dergleichen mit einander verbunden sind, nachdem die mit den beiden Kolbenabschnitten 10 und 12 verbundenen Teile ge sondert behandelt worden sind.
Im Kolbenabschnitt 12 ist auf geeignete Weise eine Elektronenquelle in Form eines einen grossen Durch messer aufweisenden mehrschichtigen Aufnahme schirms 14 angebracht, der annähernd eine Kugel- Kalotte ist und so ausgerichtet ist, dass die konkave Seite gegen das einspringende Ende des Kolben abschnittes 10 gerichtet ist. Der Aufnahmeschirm 14 weist bei der vorliegenden Ausführungsform eine für Röntgenstrahlen empfindliche Leuchtschicht auf, bei spielsweise aus silberaktiviertem Zinksulfid oder der gleichen, das in eine geeignete Silikonharzschicht 14a eingebettet und auf eine sphärische Aluminium unterlage 14b aufgetragen ist. Über der Leuchtschicht liegt die übliche Sperrschicht 14e, z.
B. aus Aluminium oxyd, auf deren Oberfläche eine Photoemissions- Kathodenschicht 14d aufgetragen ist. Die Photo kathode 14d kann die übliche Antimon-Zäsium- Zusammensetzung haben. Im Inneren des Kolbens ist innerhalb des vom Schulterteil umgebenen Bezirks ein Fluoreszenzschirm kleineren Durchmessers als der Aufnahmeschirm an geordnet. Im besonderen wird der einspringende Teil 11 von einer flachen Glasplatte 15 abgeschlossen, die an der Innenseite einen geeigneten fluoreszierenden Überzug trägt, der einen Betrachtungsschirm 15a bildet.
Als fluoreszierendes Material wird vorzugs weise silberaktiviertes Zink-Kadmium-Sulfid verwen det und der Schirm wird vorzugsweise aluminisiert oder auf andere Weise mit einem metallischen Über zug 15b versehen.
Zwischen der Photokathode und dem Betrach tungsschirm ist ein Fokussier- und Beschleunigungs- Elektrodensystem angeordnet, das eine Bündelungs- elektrode 19 an der Innenseite des Kolbens und eine Anode 16 aufweist, die den Betrachtungsschirm<I>15a</I> umgibt. Die Bündelungselektrode bedeckt im wesent lichen den ganzen zylindrischen Teil des Kolbens und besitzt die Form eines leitenden Wandüberzuges, dessen eines Ende an den Metallflanschen 13a und 13b endet und mit diesen elektrisch verbunden ist.
Wenn gewünscht, kann die Bündelungselektrode aus einem Wandüberzug aus Kupfer wie bei den älteren Ein richtungen dieser Art oder aus einem Aluminium überzug bestehen, wie er unten beschrieben ist. Die Anode 16 besteht aus einer metallischen Elektrode mit einem zylindrischen und einem konischen Teil, die mit ersterem über den einspringenden Teil des Kolben abschnittes 11 gestülpt werden kann. Der konische Teil der Anode endet in einer im wesentlichen sphä rischen Kappe 17 mit einer axialen und kreisrunden Öffnung 18 für die von der Photokathode austretenden und gegen den Betrachtungsschirm 15 fliegenden Elektronen. Wie der Schirm 15 besitzt auch die Anode kleine Querabmessungen im Vergleich zu denen der Kathode.
Bekanntlich ist es allgemein üblich, einen kreisrunden Betrachtungsschirm mit einem Durch messer, der kleiner ist als der der Photokathode, zu verwenden, um eine merkliche Verstärkung des sicht baren Bildes zu erzielen. Die konvexe Seite der Anoden kappe 17 ist der konkaven Seite des Aufnahmeschirms zugewandt. Die Anode umschliesst den Betrachtungs schirm 15 und ist mit diesem elektrisch verbunden, so dass der Schirm dasselbe elektrische Potential besitzt wie die Anode. Die konstruktiven Einzelheiten des Bildwandlers, soweit dieser bisher beschrieben wurde, sind die üblichen und dem Fachmann bekannt.
Die Bündelungselektrode 19 bildet zusammen mit der Anode 16 eine Immersionslinse zum Bündeln der aus dem Aufnahmeschirm austretenden und durch die Anodenöffnung auf den Betrachtungsschirm fallenden Elektronen. Um diesen Linsenaufbau zu erzielen, ist es erwünscht, dass das der Anode am nächsten liegende Ende der Elektrode 19 die Anodenkappe überlappt, obwohl es zulässig ist, dass die Bündelungselektrode in einer achsensenkrechten Ebene mit der Anodenkappe oder sogar kurz vor dieser endet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird eine Schicht 20 auf den Schulterteil des Röhren- kolbens angrenzend an die Anode 16 und den Schirm 15 aufgetragen. Der Überzug 20 reflektiert nicht und wird mit Hilfe eines Bindemittels aufgetragen, das die Gasadsorptionseigenschaften verstärkt. Der Überzug ist ein halbleitendes Material, z.
B. Chrom-Sesquioxyd oder Eisenoxyd (Hämatit). Er bedeckt vorzugsweise den ganzen Schulterteil des Kolbens und erstreckt sich von dem einen Ende der Bündelungselektrode 19 aus bis in den einspringenden Abschnitt 11 hinein und ist an seinen entgegengesetzten Enden mit der Bünde lungselektrode bzw. der Anode verbunden. Er steht somit in elektrischer Verbindung mit der Elektrode 19 und über einen elektrisch leitenden Überzug 21 aus kolloidalem Graphit und mehreren metallischen Kontaktfedern 22 mit der Anode 16.
Es hat sich gezeigt, dass die Bündelungselektrode 19, besonders bei Anwesenheit des nichtreflektierenden Überzuges 20, aus einem Überzug aus Aluminium bestehen kann, obwohl bisher zu erwarten war, dass Aluminium als Material für diesen Elektrodenaufbau nicht günstig ist.
Die beschriebene Konstruktion wird so betrieben, dass an den Aufnahmeschirm über einen sich durch den Kolbenabschnitt 12 erstreckenden Draht 24 Erd- potential oder fast Erdpotential gelegt wird. Die Anode steht über eine Leitung 25 mit einer Hochspannungs quelle (nicht dargestellt) in Verbindung, die ein Anodenpotential zwischen 25 und 35 Kilovolt erzeugt. Der Elektrode 19 wird über die Flansche 13a, 136 ein gewöhnlich in der Grössenordnung von mehreren hundert Volt liegendes Bündelungspotential zugeführt. Nach dem Anlegen der Betriebsspannungen kann ein Röntgenbild durch den Endabschnitt 12 des Kolbens auf den Aufnahmeschirm 14 fallen, das die Leucht- schicht 14a erregt.
Dabei wird ein sichtbares Bild erzeugt, wobei das Licht die transparente Sperrschicht 14e durchquert und die Photoemissionsschicht 14d erregt. In der Folge emittiert die Photoemissionsschicht ein elektronisches Bild mit einer Ladungsverteilung, die dem auffallenden Licht entspricht und damit dem ursprünglichen Röntgenbild. Das elektronische Fokus- sier- und Beschleunigungssystem bewirkt, dass das elektronische Bild verkleinert durch die Anoden öffnung 18 auf den Betrachtungsschirm 15a geworfen wird.
Das auf dem Betrachtungsschirm durch die Elektronen erzeugte Bild ist ein sichtbares Bild und ist im Vergleich zu dem ursprünglichen Röntgen-Leucht- schirmbild verstärkt. Überdies wurde mit Röhren, bei denen aufgedampftes Aluminium als Bündelungs- elektrode 19 in Verbindung mit dem Überzug 20 ver wendet wurde, eine unerwartete Kontraststeigerung erhalten.
Zum besseren Verständnis der Wirkung des Über zuges 20 sollen nunmehr die in der Röhre herrschen den Betriebsbedingungen erläutert werden. Theoretisch besteht - bei Abwesenheit des Überzuges 20 - ein gleichmässiger Spannungsabfall längs der Innenseite des Schulterabschnittes 20a des Kolbens, der sich zwischen dem Graphitüberzug 21 und der angrenzen den Kante der Bündelungselektrode 19 erstreckt. Dies ist jedoch eine theoretische Annahme, die nur Gültig keit hat, wenn die Kolbenwandung völlig rein ist. Tatsächlich ist es äusserst schwierig, vollständig reine Oberflächen zu erzielen, besonders angesichts der Behandlung der Kathode, die bei der Herstellung der Röhre notwendig ist.
Daher ist in der Praxis die Schulterfläche des Kolbens nicht absolut rein, sondern besitzt Bereiche, die fettig oder mit Verunreinigungen bedeckt sein können. Die Anwesenheit derartiger Verunreinigungen bewirkt eine ungleichmässige Poten tialverteilung längs des Schulterabschnittes des Kol bens. Die Folge dieser Art von Potentialverteilung ist, eine Tendenz der Spannung zusammenzubrechen, was natürlich zu Störungen beim Betrieb der Röhre führt. Der Auftrag des Überzuges 20 auf diesen Bereich der Röhre verhindert solche Unstetigkeiten des Potential gefälles zum grössten Teil. Der Überzug 20 stellt einen Widerstandspfad dar, der zu dem des Schulter abschnittes des Kolbens parallel liegt.
Der Überzug 20 stellt einen Widerstand von mehr als 500 Megohm bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dar. Der Über zug 20 erzeugt ein gleichförmiges Potentialgefälle zwischen der Elektrode 19 und der Anode 16 und gestattet das Betreiben dieser Art von Umwandler mit einer Anodenspannung von mehr als 45 Kilovolt ohne nachteilige Wirkungen.
Der Überzug 20 wird vorzugsweise nach dem gleichen Verfahren aufgetragen, das zum Niederschla gen von Graphit im Halsabschnitt von Kathoden strahlröhren angewendet wird, wobei jedoch die Zusammensetzung und die Menge des im Überzug verwendeten Bindemittels von Bedeutung sind. Eine mit Erfolg verwendete Mischung für den Überzug besteht aus 15 cm3 von 0,5 Vol.
ö Tetrabutyltitanat (TBT) unter Zusatz von 0,32 Gramm Titandioxyd pro cm3 Tetrabutyltitanat und 99,5 Vol. O/" eines n-Heptans in Kombination mit 8,5 Gramm Chrom- Sesquioxyd.
Nach einem anderen Beispiel wird der Überzug 20 vorzugsweise durch Aufpinseln einer Mischung auf getragen, die im wesentlichen aus 8 Gramm Chrom- Sesquioxyd besteht, das mit 2,75 cm3 wasserfreiem denaturiertem Alkohol, 0,5 cm3 Tetrabutyltitanat und 11,75 cm' eines n-Heptans vermischt wird. Bei den bisherigen Versuchen, Metalloxydüberzüge auf eine kupferne oder metallische Fokussierelektrode aufzu tragen, die auf die Innenwandung des Kolbens auf gedampft war, wurde eine Paste verwendet, in der Wasserglas als Bindemittel enthalten war.
Dieses bewirkte häufig, dass sich die Bündelungselektroden- schicht mit einer Kante von der Innenseite des Glas kolbens abhob, wodurch die Verbindung mit der Glasfläche zerstört wurde. Die Verwendung von Wasserglasbindemitteln in Röhren, die chemisch aktive Materialien wie Zäsium enthalten, das hier bei der Photokathode verwendet wird, führte zu erheblicher Gasentwicklung in evakuierten Kolben mit den üblichen unangenehmen Begleiterscheinungen. Durch Verwenden der oben beschriebenen Chromoxyd pastenmischung wird das Abheben der Bündelungs- elektrodenschicht wie auch die Gasentwicklung in der Röhre vermieden.
Der Beitrag des Überzuges 20 zur Verwirklichung eines im wesentlichen gleichförmigen Potentialgefälles längs des Schulterteiles des Röhrenkolbens wurde bereits erwähnt, der insofern höchst erwünscht ist, als er den Betrieb mit derjenigen hohen Anodenspannung gestattet, die für die Übertragung von elektronischen Bildern von Kathoden mit sehr grossem Durchmesser erforderlich ist. Der Überzug verleiht der Röhre noch weitere erwünschte Eigenschaften. Beispielsweise fol gende: Bei Erregung des Aufnahmeschirmes wird die Phosphorschicht 14a zur Abgabe sichtbarer Strahlung gebracht.
Diese Strahlung ist natürlich erforderlich, um das gewünschte elektronische Bild von der Photo- emissionskathode zu erzeugen; sie kann aber zu einer Schwächung des Kontrastes des auf dem Schirm 15 erzeugten sichtbaren Bildes führen. Diese Schwächung kann von Mehrfach-Reflexionen dieses Lichtes an der Innenwandung des Röhrenkolbens herrühren. Der beschriebene Überzug 20 reflektiert jedoch diese Strahlung nicht, sondern absorbiert sie, wodurch eine Kontraststeigerung des Bildes auf dem Schirm 15 zu stande kommt.
Ausserdem besteht die Photokathode des Um- wandlers aus der zäsiierten Ausführung, welche Kathoden nach allgemeiner Erfahrung eine gewisse Menge freien Zäsiums aufweisen. Infolgedessen kann ein Abwandern des Zäsiums von der Photokathode aus erfolgen. Oftmals können unerwünschte Zäsium- dämpfe durch die Röhre wandern und kondensieren sich bei Fehlen des Überzuges 20 am Schulterteil 20a des Kolbens. Tritt dieser Fall ein, so bewirkt dies in dem betreffenden Bereich des Kolbenabschnittes einen ungewöhnlich niedrigen Widerstand.
Dies würde eine Verschlimmerung des vorgenannten ungleichmässigen Potentialgefälles auf dem Schulterabschnitt des Kol bens bewirken und zu einem Zusammenbruch der Spannung führen. Es hat sich ferner gezeigt, dass die winzigen, von der Zäsiumlegierungs-Photokathode abwandernden Partikel freien Zäsiums in der Metall oxyd-Zwischenfläche bei Verwendung von Metall- Glas-Verschmelzungen Nadellöcher erzeugen können.
Bei der hier beschriebenen Bildwandlerröhre werden lichtbogengeschweisste Flansche aus Kovar (Marken produkt) zum Vereinigen der beiden Kolbenhälften verwendet, und das freie, von der Antimon-Zäsium- Photokathode abgestrahlte Zäsium sucht solche Nadel löcher zu erzeugen mit der Wirkung, dass die Glas- Metall-Verschmelzung undicht wird. Der Überzug 20 verhindert diese unerwünschte Erscheinung dadurch, dass das Bindemittel, mit dessen Hilfe der Überzug aufgetragen wird, als Getter für das Zäsium dient.
Im besonderen erhöht das Titandioxyd des Bindemittels diese Wirkung.
Die Gasadsorptionseigenschaft des Bindemittels ist, wie erläutert, erwünscht, unterstreicht jedoch die Notwendigkeit, die Menge des zum Auftragen des Überzuges 20 verwendeten Bindemittels zu kon trollieren. Da die Getterung des Überzuges 20 in diesen eine leitende, durch das Zäsium dargestellte Komponente einführt, sucht sie den Widerstandswert des Überzuges unter denjenigen Wert zu senken, den der Überzug ohne Getterung haben würde.
Obwohl eine Erhöhung der Menge des Bindemittels die Hafteigenschaft des Überzuges verbessert, so führt doch ein Überschuss an Bindemittel beim Gettern während der nachfolgenden Behandlung der Photokathode zu einer übermässigen Aufnahme von Zäsium und kann zu übermässig grossen elektrischen Kriechströmen führen. Es hat sich gezeigt, dass eine Abblaseprüfung zum Bestimmen der höchst zulässigen Menge an Bindemittel angewendet werden kann.
Dabei ergab sich, dass eine Haftkraft, die einem Höchstluftdruck von 1,050 g/cm2 widersteht, der senk recht auf den Überzug 20 durch eine Öffnung mit einer Weite von 2,54 mm und in einer Entfernung von ungefähr 6,3 mm vom Überzug auf diesen gerichtet wird, noch zulässig ist. Offensichtlich ist die Mindest- haftkraft diejenige, die noch bewirkt, dass der Überzug am Kolben haften bleibt.
Die Menge des Gettermaterials, in diesem Falle Titandioxyd, die im Bindemittel enthalten ist, kann auch als Gettermenge pro Quadratzentimeter Überzug angegeben werden. Die oben beschriebene und mit Erfolg verwendete Zusammensetzung des Überzuges besass eine Konzentration von ungefähr 20 Mikro gramm/cm2 Titandioxyd bei einem Chrom-Sesqui- oxyd-Überzug. Die höchste Titandioxyd-Konzentra- tion wurde zu ungefähr 93 Mikrogramm/cm2 Überzug bestimmt.
Daher liegt anscheinend die zulässige Menge Gettermaterials innerhalb des Bereiches von ungefähr 15,5 bis 93 Mikrogramm/cm2 Überzug.
Verbesserte Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Bündelungselektrode 19 aus einem Aluminiumüberzug hergestellt wurde, der auf die Innenseite des zylindri schen Teiles des Röhrenkolbens durch Aufdampfen nach dem üblichen Verfahren aufgetragen wurde.
Bisher wurde angenommen, dass die Verwendung von Aluminium als Bündelungselektrode zu unbefriedigen den Ergebnissen in bezug auf den Kontrast führen würde; es wurde jedoch durch ausgedehnte Versuche festgestellt, dass eine Aluminium-Bündelungselektrode in Verbindung mit dem nichtreflektierenden Überzug 20 im Schulterbezirk des Röhrenkolbens einen stärkeren Kontrast erzeugt als derjenige, der bei Röhren mit einer kupfernen Bündelungselektrode er halten wird. Die Verwendung von Aluminium bei der Bündelungselektrode bringt einige Vorteile mit sich.
Aluminium ist wesentlich leichter und wirtschaftlicher auf die Innenseite des Röhrenkolbens aufzudampfen als Kupfer, und das Aluminiumoxyd, das sich auf der Bündelungselektrode bilden kann, sublimiert nicht während des späteren Behandelns der Photokathode bei gleichzeitiger Reduktion der Kathodenempfind lichkeit.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bildfläche des elektrooptischen Systems der Röhre ungefähr eine sphärische Fläche ist, die sich zur Kathode öffnet, wohingegen eine ebene Bildfläche die wirksamste Vergrösserung oder Projektion des sichtbaren Bildes durch ein optisches System gestattet. Eine Korrektur der Feldkrümmungsverzerrung, die davon herrührt, dass die elektronische Bildfläche nicht eben ist, kann dadurch. erfolgen, dass der Durchmesser der Anoden öffnung vergrössert wird; doch besteht notwendiger weise eine bestimmte Grenze für das Ausmass der auf diese Weise zu erhaltenden Korrektur, wenn andere unerwünschte Effekte vermieden werden sollen.
Es hat sich gezeigt, dass die Überzugsschicht 20 in bezug auf die Krümmungsverzerrungen zu einer wesentlichen Verbesserung über die Korrektur hinaus beiträgt, die durch Vergrösserung des Durchmessers der Anoden öffnung möglich ist. Der Überzug stellt eine Potential verteilung her, die bewirkt, dass die Flächen gleichen Potentials in der Anodenregion der Röhre eine andere Gestalt annehmen als diejenige, die sie bei Fehlen eines solchen halbleitenden Überzuges annehmen, derart, dass die Feldkrümmung vermindert wird. Feldkrümmungsverzerrungen werden allgemein durch die Weite des weitesten Randringes im Bild ausge drückt, bei der die Auflösung wesentlich schlechter ist als die in der Mitte.
Es hat sich gezeigt, dass der Über zug 20 die Breite dieses Verzerrungsringes um mehr als 30",." verringert.
Die aus dem Titandioxyd des Bindemittels, mit dessen Hilfe der Überzug 20 auf den Kolbenabschnitt aufgetragen wird, herrührende Getterwirkung bringt noch den weiteren Vorteil mit sich, dass sie zu einer Reduktion der Nadelstichlecke in den Metall-Glas- Verschmelzungen des Bildumwandlers beitragen, die infolge des von der zäsiierten Kathode emittierten freien Zäsiums auftraten. Dadurch wird die Lebens dauer der Vorrichtung verlängert.
Zusammenfassend sei gesagt: die in der Fig. 1 dargestellte und beschriebene Konstruktion weist gegenüber den älteren Vorrichtungen zahlreiche Vor teile auf, nämlich: ein gleichförmigeres Potential gefälle im Kolbenabschnitt zwischen der Bündelungs- elektrode und der Anode, wodurch die Möglichkeit eines Spannungszusammenbruchs bei Vorliegen hoher Anodenspannungen verringert wird, die Möglichkeit, Aufnahmeschirme mit grösserem Durchmesser ver wenden zu können, wodurch die Verwendbarkeit der Vorrichtung erweitert wird; und ein verbesserter Kontrast sowie eine verminderte Feldkrümmungs- verzerrung.
Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Bildwandler- röhre der Fig.1, wobei einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wurden. Wie in der Fig. 1 wird der einspringende Abschnitt 11 von einer flachen Glasplatte abgeschlossen, deren Innen seite einen geeigneten fluoreszierenden Betrachtungs schirm 15 aus silberaktiviertem Kadmiumsulfid oder dergleichen trägt. An der Innenseite des Abschnittes 11 ist eine Metallanode 16 zum.
Teil von zylindrischer und zum Teil von konischer Gestalt angebracht, die eine sphärische Kappe 17 mit einer in der Mitte liegenden Öffnung 18 besitzt, welche Öffnung den an der Photokathode 14d austretenden Elektronen den Zugang zum fluoreszierenden Betrachtungsschirm 15 ermöglicht. Der grössere Teil des zylindrischen Teiles des evakuierten Kolbens 10 ist mit einem leitenden Wandüberzug 19' aus Aluminium bedeckt. Bei dieser Ausführung wird jedoch die Bündelungselektrode des Fokussier- und Beschleunigungssystems vom Alu minium-Wandüberzug 19' zusammen mit einer Ober schicht 20' gebildet, die dem Überzug 20 der Fig. 1 gleicht.
Wie in der Fig. 1 ist der Bündelungselektroden- überzug 19' mit einem Metallflansch 13a elektrisch verbunden. Die mechanischen und elektrischen Einzel heiten des Bildwandlers, ausgenommen die Bünde lungselektrode 19' und die Oberschicht 20', sind ganz und gar die üblichen und dem Fachmann bekannt.
Im Betrieb gelangt ein auf den Aufnahmeschirm 14 gerichtetes Röntgenbild durch den Kolbenabschnitt 12 und den Metallträger 14b und erregt die Phosphor schicht 14a, wobei ein sichtbares Abbild der auf treffenden Röntgenstrahlung erzeugt wird. Dieses Lichtbild gelangt durch die transparente Grenzschicht 14e und erregt die Photoemissionsschicht 14d, die ihrerseits ein elektronisches Bild mit einer Ladungs verteilung aussendet, die dem auffallenden Licht und damit dem ursprünglichen Röntgenstrahlenbild ent spricht.
Das Fokussier- und Beschleunigungs-Elek- trodensystem bewirkt, wenn die geeigneten elektrischen Spannungen angelegt werden, zusammen mit dem Überzug 19' und der Anode 16, dass das Bild auf den fluoreszierenden Betrachtungsschirm geworfen wird. Beim normalen Betrieb liegt an der Photokathode das Erpotential oder ein nur wenig davon abweichendes Potential. An die durchbrochene Anode 16 und an den fluoreszierenden Betrachtungsschrim 15 wird eine beträchtliche hohe, im allgemeinen 20 Kilovolt über steigende positive Spannung angelegt, während an die Bündelungselektrode 19' eine kleine positive, 500 Volt nicht übersteigende Spannung angelegt wird.
Der Bündelungselektrodenüberzug 19' besteht aus Aluminium, das im Vakuum auf den ganzen zylindri schen Teil der Innenwandung des Kolbenabschnittes 10 vor dem Zusammensetzen der Kolbenabschnitte 10 und 12 aufgedampft wird. Die Schicht 19' kann nach den bei der Röhrenherstellung angewendeten und bekannten Verfahren aufgetragen werden. Der Alu miniumüberzug 19' bildet eine elektrisch leitende Basisschicht, die die Bündelungselektrode darstellt, und auf die eine dünne poröse Materialschicht 20' aufgetragen wird, die sich gleichzeitig über den Schulterabschnitt 20a des Röhrenkolbens erstreckt.
An die Oberschicht 20' waren die nachstehenden Anforderungen zu stellen: Das auf die Aluminium schicht 19' aufzutragende Material muss eine rauhe Oberfläche aufweisen, um freies Zäsium zu gettern, es darf die auffallende Strahlung und das von der Phosphorschicht 14a des mehrschichtigen Aufnahme schirms 14 emittierte Licht nicht reflektieren, es muss aus einzelnen Partikeln bestehen, es muss als eine Schicht aufgetragen werden, die dünn genug ist, um transparent zu sein und, wenn sie nichtleitend ist,
um ein genügend starkes Eindringen des von der leitenden Aluminiumbasisschicht 19' getragenen Potentials in den Linsenraum zuzulassen und um jedes Aufladen der Inseln geringer Leitfähigkeit auf der Oberfläche der Aluminiumbasisschicht 19' zu vermeiden; und es muss mit einem Bindermaterial aufgetragen werden, das zu keiner übermässigen Gasentwicklung führt oder die Empfindlichkeit der Photokathode durch Wechsel wirkung mit dem Zäsium herabsetzt, das in den Kolben zwecks Behandlung der Photokathode 14d eingeführt wird.
Als Oberschicht 20' haben sich zahlreiche Mate rialien als geeignet erwiesen. Typische Beispiele hierfür sind halbleitende Metalloxyde wie Eisenoxyd oder Chromoxyd. Bei Verwendung mit einem Bindemittel, das aus 30 cm3 von 3,5 Vol. 0/. Tetrabutyltitanat (TBT) in n-Heptan besteht, denen ungefähr 2,5 Gramm trockenen roten Eisenoxyds oder grünen Chromoxyd pulvers hinzugefügt wird, konnte die Gasentwicklung innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden.
Nach dem Auftragen der Oberschicht 20' wird der zylin drische Teil des Rohres im Vakuum bei ungefähr 300 C gebacken, um das Tetrabutyltitanat zu zer setzen und das n-Heptan zu verdampfen, wonach die Röhre für den Zusammenbau und die Fertigstellung bereit ist. Weitere typische Beispiele sind Metalle wie Eisen- oder Kupfer-Partikel in Verbindung mit einem Bindemittel, wie es oben beschrieben wurde.
Eine weitere zu bevorzugende Oberschicht 20' besteht aus einer dünnen Schicht einzelner Partikel leitenden Graphits als Suspension in Alkohol, die auf die ganze freiliegende Oberfläche der Aluminium basisschicht 19' aufgesprüht wird.
Die Aluminiumbündelungselektrode 19' führt im Verein mit der beschriebenen Oberschicht 20' zu einem wesentlich besseren Arbeiten des fertigen Bild umwandlers gegenüber Röhren mit einer Bündelungs- elektrode aus einem anderen Material, wie beispiels weise Kupfer.
Es hat sich gezeigt, dass die Bündelungs- elektrode aus verdampftem Aluminium zusammen mit der dünnen Oberschicht 20' die verschiedenen vorgenannten Anforderungen erfüllt, die erforderlich sind, um eine vollständig befriedigend arbeitende Bündelungselektrode herzustellen, die im einzelnen leitend ist, nicht reflektiert, die sich bei Einwirkung von Zäsium nicht zersetzt, die beim Backen nicht übermässig viel Gas entwickelt, das die Photoemissions- kathodenschicht beschädigen würde.
Ausserdem be sitzt die beim Auftragen des Materials der Oberschicht 20' verursachte etwas rauhe Oberfläche eine Getterung bei freiem Zäsium und verringert die Ansammlung von freiem Zäsium auf der Oberfläche der Bündelungs- elektrode und deren nachteilige Wirkungen, wie die Streumission.
Bei der Entwicklung eines höchst wirksamen Bild umwandlers oder Verstärkers, wie bisher beschrieben, ist es äusserst wichtig, den höchst wirkungsvollen mehrschichtigen Aufnahmeschirm zu verwenden. Zu diesem Zweck muss die Wirksamkeit der Phosphor- Harz-Schicht des mehrschichtigen Aufnahmeschirms erhöht werden. Es wurde deshalb ein verbesserter Mehr- schichten-Aufnahmeschirm entwickelt, der besonders bei den bisher beschriebenen Bildumwandlern ver wendet werden kann.
Nach diesem weiteren Merkmal besteht der in der Fig. 3 vergrössert dargestellte mehrschichtige Auf nahmeschirm 14 aus einem sphärisch ausgebildeten Trägerglied 14b, auf das eine Phosphor-Harz-Schicht 14a aufgetragen ist. Anschliessend an die Phosphor- Harz-Schicht 14a wird eine Sperrschicht 14c auf getragen, auf die eine Photoemissionsschicht 14d auf getragen wird. Das Trägerglied 14a setzt sich aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigem Material, beispielsweise Aluminium, zusammen, dessen Stärke ausreicht, um die aufgetragenen Schichten starr zu tragen.
Die Phosphor-Harz-Schicht 14a enthält einen für Röntgenstrahlen empfindlichen Phosphor, bei spielsweise aus silberaktiviertem Zinksulfid oder der gleichen, das in ein geeignetes organisches Silikonharz eingebettet und auf das sphärische, aus Aluminium bestehende Trägerglied 14b aufgetragen wird. Darauf wird eine dünne Sperrschicht 14c aufgetragen, die aus Aluminiumoxyd bestehen kann und eine Dicke von ungefähr 100 Angström aufweist. Auf die Oberfläche der Sperrschicht 14c wird die Photoemissions-Katho- denschicht 14d aufgetragen, die aus der üblichen Zäsium-Antimon-Zusammensetzung bestehen kann.
Wird ein Röntgenstrahlenbild auf die konvexe Seite des mehrschichtigen Aufnahmeschirms 14 ge worfen, so gelangt das Bild durch das Aluminium- Trägerglied 14b und erregt die Phosphor-Harz-Schicht 14a, wobei ein sichtbares Abbild der auftreffenden Röntgenstrahlung erzeugt wird. Dieses sichtbare Bild wirkt über die Sperrschicht 14c auf die Photoemissions- schicht 14d, die die Kathode des Bildwandlers dar stellt. Die Photoemissionskathode 14d sendet ein elektronisches Bild aus, dessen Ladungsverteilung dem auffallenden Licht und damit dem ursprünglichen Röntgenstrahlenbild entspricht.
Das Fokussier- und Beschleunigungs-Elektroden- system, das aus der Photoemissionskathode 14d, der Hochspannungsanode 16 und der elektrisch leitenden Bündelungselektrode 19' besteht, bewirkt bei Anlegen der geeigneten elektrischen Spannungen, dass die Elektronen beschleunigt und auf den fluoreszierenden Betrachtungsschirm 15a gelenkt werden, wie bereits beschrieben.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch Ätzen die Reflexionsfähigkeit des tragenden Gliedes wesentlich erhöht und zu einer grösseren Gesamtwirksamkeit der lichterzeugenden Phosphor-Harz-Schicht 14a führt. Eine ausreichende Ätzung wird erreicht durch Ein tauchen des tragenden Gliedes in eine 10%ige Lösung von Natriumhydroxyd für 15 bis 20 Minuten bei einer Temperatur- von ungefähr 50 C.
Tritt irgendeine Schwierigkeit bei der Aufrechterhaltung der Kontrolle der Stärke des Trägergliedes auf, so kann dieses nur auf der konkaven Seite geätzt werden, indem eine 10 ;oige Lösung von Natriumhydroxyd in die konkave Seite des Trägergliedes eingefüllt und für ungefähr die gleiche Zeitspanne und bei ungefähr der gleichen Temperatur belassen wird. Weder die Zeit noch die Temperatur ist kritisch mit Ausnahme der Einwirkung auf das Material, dessen Dicke nicht weniger als ungefähr 0,2 Millimeter betragen soll, um eine aus reichende Steifheit zu behalten. Für die Herstellung einer nichtspiegelnden Oberfläche gibt es noch ver schiedene andere Verfahren, von denen das obige Verfahren nur ein Beispiel ist und keine Einschränkung darauf darstellt.
Wie bereits gesagt, ist es ausserordentlich wichtig, dass der Wirkungsgrad der Phosphor-Harz-Schicht 14a so hoch wie möglich ist, welcher Wirkungsgrad zum Teil eine Funktion der in der Richtung des Träger gliedes 14b emittierten Lichtquanten ist. Es ist daher einleuchtend, dass je höher die diffuse Reflexions fähigkeit ist, die im Trägerglied 14b erzeugt wird, desto höher der Gesamtwirkungsgrad der lichterzeugenden Phosphor-Harz-Schicht 14a ist.
Durchgeführte Untersuchungen haben bewiesen, dass eine auf ein hochglanzpoliertes Trägerglied 14b aufgetragene Phosphor-Harz-Schicht 14a beträchtlich weniger Lichtquanten erzeugt, als wenn sie auf ein geätztes Trägerglied 14b aufgetragen wird. Der genaue Grund hierfür ist nicht bekannt; es wird jedoch an genommen, dass diese Erscheinung auf die höhere zahlenmässige Wahrscheinlichkeit zurückzuführen ist, mit der Lichtquanten von einer geätzten Fläche zu rückgeworfen werden, als dies bei einer glatten Fläche möglich ist. Die Erhöhung der Helligkeit oder der Lichtausgangsleistung rührt im wesentlichen aus dem auf die geätzte Oberfläche aufgetragenen Phosphor- Harz her.
Ausser den bisherigen Vorteilen wird die Haftung der Phosphor-Harz-Schicht 14a am geätzten Alumi- nium-Trägerglied 14b wesentlich erhöht, wobei der Ausschuss bei der Herstellung dieser Schirme verringert und beträchtliche Ersparnisse bei der Massenherstel lung erzielt werden.
Bei der Herstellung eines mehrschichtigen Auf nahmeschirms, wie des in der Fig. 3 dargestellten, können mehrere bereits bekannte Verfahren zum Oxydieren von Aluminium zwecks Herstellung der lichtdurchlässigen Sperrschicht zwischen der Phos- phor-Harz-Fläche und der Zäsium-Antimon-Photo- kathode angewendet werden. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass mit diesen älteren Verfahren keine wirklich zuverlässigen Sperrschichten erzeugt werden können.
Dementsprechend wurde ein verbessertes Verfahren zum Auftragen einer Aluminiumoxyd- Sperrschicht bei einem Mehrschichten-Aufnahme- schirm entwickelt.
Im besonderen wird Aluminium im Vakuum auf die Phosphor-Harz-Schicht 14a der Fig. 3 bis zu einer Stärke von ungefähr 30 Angström aufgedampft. Die Stärke der Aluminiumschicht kann innerhalb enger Grenzen dadurch kontrolliert werden, dass das Ge wicht des für die Verdampfung verfügbaren Alu miniums kontrolliert wird.
Die aufgedampfte Aluminiumschicht wird un mittelbar nach dem Herausnehmen aus der Ver- dampfungseinheit in einen elektrischen Ofen einge setzt. Der elektrische Ofen wurde vorher auf eine Temperatur erhitzt, die unter der Depolymerisations- temperatur des Silikonharzes in der Phosphor-Harz- Schicht 14a liegt. Für Harze, die zum Auftragen auf die hier in Betracht kommenden Aufnahmeschirme dienen sollen, soll die Temperatur des elektrischen Ofens ungefähr 350 C betragen.
Es ist wichtig, dass die aufgedampfte Aluminium schicht ohne Verzögerung in den vorgeheizten Ofen eingelegt wird, da die Oxydschicht, die sich auf der Oberfläche der frisch aufgedampften Aluminium schicht bei Raumtemperatur bildet, im allgemeinen gemischter Art ist (sowohl dichtgefügtes als auch poröses Aluminiumoxyd). Wie bereits bemerkt, ist poröses Aluminiumoxyd als Sperrschicht unzuver lässig, weshalb dessen Bildung vermieden werden muss.
Die Aluminiumschicht wird an der Luft-im elek trischen Ofen 10 bis 15 Minuten lang gebacken. Als Ersatz für einen elektrischen Ofen kann ein Gasofen dienen, vorausgesetzt, dass die Atmosphäre im Gas ofen oxydierend und nicht reduzierend wirkt.
Nach dem oben beschriebenen Backen ist die auf gedampfte Aluminiumschicht vollständig zu dicht gefügtem Aluminiumoxyd umgewandelt, wobei die Bildung des unzuverlässigen porösen Aluminiumoxyds vermieden wird. Die Transparenz der Schicht beträgt annähernd 100 ,ö.
Es hat sich gezeigt, dass die grösste Stärke der bei einer Temperatur von 350 C in einer Atmosphäre mit einer Feuchtigkeit von weniger als 50 :ä erzeugten dichtgefügten Aluminiumoxydschicht ungefähr 30 Angström beträgt. Wird das Aluminium bis zu einer 30 Angström wesentlich überschreitenden Dicke auf gedampft, so kann nach der Oxydation eine dünne Schicht reinen Aluminiums vorhanden sein, die die Übertragungseigenschaften der Sperrschicht beein trächtigt, was zu einem Verlust an Helligkeit beim Aufnahmeschirm führt.
Es hat sich ferner gezeigt, dass die erforderliche Mindestdicke der Sperrschicht, näm lich 80 Angström, leicht dadurch erhalten werden kann, dass das beschriebene Aluminium-Verdamp- fungs- und -Oxydationsverfahren zwei weitere Male wiederholt wird. Nachdem sich bei dem obigen Ver fahren die Aluminiumoxydschicht gebildet hat, muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass die Schicht selbst bei Raumtemperatur nicht feuchter Luft aus gesetzt wird, da sich ein Teil der dichtgefügten Schicht bei Anwesenheit einer feuchten Atmosphäre in das locker gefügte Aluminiumoxyd und unter Umständen in Aluminium-Hydroxyd umwandeln kann.
Es hat sich gezeigt, dass die Bildung einer dicht gefügten Aluminiumoxydschicht mit einer Dicke von ungefähr 80 Angström die unerwünschten Wirkungen des Zäsiums mit Sicherheit beseitigt, die auftreten, wenn das Zäsium bis zu den Harzschichten vordringen kann.
PATENTANSPRUCH Bildwandlerröhre mit einem evakuierten Röhren kolben, einer eine zäsiumbedeckte Photoemissions- kathode umfassenden Elektronenquelle, einem Leucht schirm, der in Querrichtung kleinere Abmessungen besitzt als die Kathode, und einer zwischen Kathode und Schirm angeordneten Fokussier- und Beschleuni gungseinrichtung mit einer Fokussierelektrode und einer Anode, die ebenfalls in Querrichtung kleinere Abmessungen besitzt als die Kathode, den Schirm umgibt und zwischen Kathode und Schirm eine Durchtrittsöffnung besitzt, gekennzeichnet durch einen aus Halbleitermaterial bestehenden, mittels eines Binders aufgebrachten Überzuges,
der für Zäsium als Getter wirkt und den Röhrenkolben zwischen Fokus- sierelektrode und Anode bedeckt.